JP2004291897A - 車体傾斜装置及び鉄道車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来と比較して車体の傾斜角度の制御性能と車体傾斜装置のメンテナンス性とを高め、かつ車体傾斜装置を小型化する。
【解決手段】鉄道車両１における車体傾斜装置４は、油圧シリンダ６２とアキュムレータ６１と油圧回路６３と油圧ポンプ６３ｆと電動モータ６３ｇ等とを一体に備えている。油圧シリンダ６２は両端部６２ｂ，６２ｃに作動油を導入可能なシリンダ本体６２ａを有する複動式のシリンダであり、伸縮によって車体３を傾斜させるようになっている。油圧回路６３は、油圧シリンダ６２及びアキュムレータ６１の間で作動油を流通させるようになっている。油圧回路６３は、シリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間で直接的に作動油を流通させる流通管６３ｂを備えている。流通管６３ｂには、開閉自在な流通バルブ６３ｄと、オリフィス６３ｅとが設けられている。
【選択図】図４
【解決手段】鉄道車両１における車体傾斜装置４は、油圧シリンダ６２とアキュムレータ６１と油圧回路６３と油圧ポンプ６３ｆと電動モータ６３ｇ等とを一体に備えている。油圧シリンダ６２は両端部６２ｂ，６２ｃに作動油を導入可能なシリンダ本体６２ａを有する複動式のシリンダであり、伸縮によって車体３を傾斜させるようになっている。油圧回路６３は、油圧シリンダ６２及びアキュムレータ６１の間で作動油を流通させるようになっている。油圧回路６３は、シリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間で直接的に作動油を流通させる流通管６３ｂを備えている。流通管６３ｂには、開閉自在な流通バルブ６３ｄと、オリフィス６３ｅとが設けられている。
【選択図】図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車体を傾斜させる車体傾斜装置と、この車体傾斜装置を備える鉄道車両とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、振子式の鉄道車両は線路の曲線部を走行する際に車体を曲線部の内側に傾斜させるようになっており、このような車体の傾斜方式としては自然振子方式と制御付き振子方式とが知られている。自然振子方式は遠心力によって車体を自然に振れさせるものであり、制御付き振子方式は走行速度や線路形状に応じて車体の傾斜角度を制御するものである。これらの方式のうち、制御付き振子方式を適用した鉄道車両においては、車体傾斜装置として、車体を傾斜させる空気圧シリンダと、車体が自然振子状態となった場合に車体の振動を減衰させる振子ダンパと、低速走行時などに車体を中立位置に固定する抑止シリンダ等とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１２９４７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の車体傾斜装置においては、圧縮性の大きい空気を圧力伝達媒体とする空気圧シリンダによって車体を傾斜させるので、応答速度や周波数応答特性などに関して所望の制御性能を得ることができない。従って、いわゆるＣＡモード制御などの特殊な制御手法を用いた場合であっても、線路の形状によっては乗り心地が悪化する場合が生じている。また、車体を傾斜させる空気圧シリンダと、車体の振動を減衰させる振子ダンパと、車体の傾斜を抑える抑止シリンダとを別個に備えるため、車体傾斜装置の体積が嵩んでいる。
なお、上記空気圧シリンダに代えて、作動油などの液体を圧力伝達媒体とする液圧シリンダを用いる場合には、制御性能は改善されるものの、サーボバルブ等の構成要素と液圧回路との接続部に液体漏れやごみ混入（コンタミネーション）等が生じないようメンテナンスに手間をかける必要が生じることとなる。
【０００５】
本発明の課題は、従来と比較して車体の傾斜角度の制御性能が高く、メンテナンス性に優れた小型の車体傾斜装置と、この車体傾斜装置を備える鉄道車両とを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、鉄道車両における車体傾斜装置であって、
両端部に液体を導入可能なシリンダ本体を有し、伸縮によって車体を傾斜させる複動式の液圧シリンダと、
高圧の液体を収容するアキュムレータと、
前記液圧シリンダと前記アキュムレータとの間で液体を流通させる液圧回路と、
前記液圧回路を介して前記液圧シリンダに液体を圧送する液圧ポンプと、
前記液圧ポンプを動作させる電動機と、
前記シリンダ本体の前記両端部の間で液体を所定の流量で流通させる制御機構とを一体に備えることを特徴とする。
【０００７】
ここで、液圧シリンダの圧力伝達媒体である液体は、空気圧シリンダの圧力伝達媒体である空気よりも圧縮性が小さいため、応答速度や周波数応答特性に優れた性質を有している。このような液体としては、一般に用いられる作動油の他、水とグリコールとの混合液などがある。
請求項１記載の発明によれば、液圧シリンダによって車体を傾斜させるので、空気圧シリンダを用いる従来の場合と比較して応答速度や周波数応答特性など、車体の傾斜角度の制御性能を高めることができる。従って、線路の形状に関わらず、乗り心地が改善されるように車体を傾斜させることができる。
また、液圧シリンダ、アキュムレータ、液圧回路、液圧ポンプ、電動機及び制御機構を一体に備えるので、各構成要素の接続部に液体漏れやごみ混入（コンタミネーション）等が生じにくい。また、電動機を用いて液体の流通方向や流量を制御するので、サーボバルブを用いる場合と比較してコンタミネーションに注意を払う必要が少ない。従って、メンテナンスにかけるべき手間を減らすことができる。
また、制御機構はシリンダ本体の両端部の間で液体を所定の流量で流通させるので、液圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合に、シリンダ本体の両端部の間で液体を流通させ、車体の振動を減衰させることができる。このように、液圧シリンダ等と一体に設けられた制御機構を用いることにより従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができるため、空気圧シリンダと振子ダンパとを別個に設ける従来の場合と比較して、車体傾斜装置を小型化することができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の車体傾斜装置において、
前記液圧回路は、前記シリンダ本体の前記両端部の間で直接的に液体を流通させる流通管を備え、
前記制御機構は、前記流通管に設けられた開閉自在な流通バルブを備えることを特徴とする。
【０００９】
ここで、シリンダ本体の両端部の間で直接的に液体を流通させるとは、液圧ポンプを介さずにシリンダ本体の両端部の間で液体を流通させることを意味する。請求項２記載の発明によれば、シリンダ本体の両端部の間で直接的に液体を流通させる流通管には開閉自在な流通バルブが設けられているので、液圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合には、所定の量だけ流通バルブを開くことによってシリンダ本体の両端部の間で直接的に液体を所定の流量で流通させ、車体の振動を適切な減衰力で減衰させることができる、つまり従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。
一方、液圧シリンダを動作させて車体を傾斜可能とする場合には、流通バルブを閉じてシリンダ本体の両端部の間での液体の直接的な流通を防止することにより、シリンダ本体の各端部に導入される液体の量を電動機及び液圧ポンプの動作によって制御することができる。従って、流通管を設けたことにより車体の傾斜角度の制御性能が低下することを、防止することができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の車体傾斜装置において、
前記制御機構は、前記流通管に設けられたオリフィスを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、流通管にはオリフィスが設けられているので、液圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合に、流通バルブを開いた状態とすることによって、オリフィスを介してシリンダ本体の両端部の間で液体を所定の流量で流通させ、車体の振動を適切な減衰力で減衰させることができる。従って、流通バルブの調整を厳密に行う必要がないため、容易に従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の車体傾斜装置において、
前記オリフィスは、前記流通管内を流通する液体の流量を調整可能であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、流通管内を流通する液体の流量をオリフィスによって調整することができるので、液圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合に、車体の振動をより適切な減衰力で減衰させることができる。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の車体傾斜装置において、
前記制御機構は、前記電動機に接続される外部抵抗回路であり、
この外部抵抗回路は、抵抗値可変であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、電動機には抵抗値可変な外部抵抗回路が接続されているので、液圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合に、外部抵抗回路の抵抗値を変化させることによってシリンダ本体の両端部の間で液体を所定の流量で流通させ、車体の振動を適切な減衰力で減衰させることができる、つまり従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の車体傾斜装置において、
前記液圧回路は、前記シリンダ本体の前記両端部に液体を導入可能な２本の導入管を備え、
各導入管には、開閉自在な導入バルブが設けられていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明によれば、液圧回路はシリンダ本体の両端部に液体を導入可能な２本の導入管を備え、各導入管には開閉自在な導入バルブが設けられているので、導入バルブを閉じることによって液圧シリンダの動作を抑え、車体を中立位置などに固定することができる。このように、液圧シリンダ等と一体に設けられた導入バルブを用いることにより従来の抑止シリンダと同様の機能を得ることができるため、空気圧シリンダと抑止シリンダとを別個に設ける従来の場合と比較して車体傾斜装置を小型化することができる。
【００１８】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載の車体傾斜装置において、
前記液圧シリンダの動作を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記液圧シリンダに加わる反力の大きさと前記液圧シリンダの伸縮量との少なくとも一方を前記液圧シリンダの動作にフィードバックすることを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明によれば、車体を傾斜させる際に液圧シリンダに加わる反力の大きさと液圧シリンダの伸縮量との少なくとも一方が液圧シリンダの動作にフィードバックされるので、車体の傾斜角度を厳密に制御することができる。
【００２０】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の車体傾斜装置において、
前記制御装置は、前記液圧シリンダに加わる反力の大きさと前記液圧シリンダの伸縮量との少なくとも一方に基づいてフィードバックゲインを変更することを特徴とする。
【００２１】
ここで、液圧シリンダが動作する方向に反力が加えられる場合には、液圧シリンダの伸縮量をそのままフィードバックに用いても車体傾斜装置の動作を安定化し難いが、液圧シリンダの状態を表すパラメータに基づきフィードバックゲインを変更した状態で前記パラメータをフィードバックに用いると、車体傾斜装置の動作を安定化することができる。このようなパラメータとしては、液圧シリンダの伸縮量の他、液圧シリンダに加わる反力の大きさを挙げることができる。
【００２２】
請求項８記載の発明によれば、液圧シリンダに加わる反力の大きさと液圧シリンダの伸縮量との少なくとも一方に基づいてフィードバックゲインが変更されるので、液圧シリンダが動作する方向に反力が加えられる場合であっても、車体傾斜装置の動作を安定化することができる。
【００２３】
請求項９記載の発明は、鉄道車両であって、請求項１〜８の何れか一項に記載の車体傾斜装置を備えることを特徴とする。
請求項９記載の発明によれば、請求項１〜８の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した振子式の鉄道車両について、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態における振子式の鉄道車両は、制御下で車体を傾斜させる制御振子モードと、遠心力のみによって車体を傾斜させる自然振子モードと、車体の傾斜角度、つまり振子傾斜角の変化を抑止する振子抑止モードとの３つの態様をとりつつ線路上を走行するものである。
＜第１の実施の形態＞
図１は鉄道車両１を示す縦断面図である。
この図に示すように、振子式の鉄道車両１には、線路上を走行するとともに車体３を支持する台車２が配設されている。
【００２５】
台車２には複数の車輪２０，…が配設されている。車輪２０同士は車軸２１によって連結されており、車軸２１の上部には軸ばね２６，２６が配設されている。これら軸ばね２６，２６は、車軸２１の振動を緩和した状態で台車枠２２を支持している。
台車枠２２の上部には振子装置２４，２４が配設され、これら振子装置２４，２４の上部には、車体３を支持した略半円柱状の振子梁２３が載置されている。なお、本実施の形態においては、振子装置２４，２４として、左右１対のローラが用いられている。
振子梁２３は、曲面部を下方に向けて配置されており、図２に示すように、振子装置２４，２４上を揺動することによって車体３を傾斜させることができるようになっている。振子梁２３と車体３との間にはまくらばね２７，２７が介在し、振子梁２３の振動を緩和している。
【００２６】
台車枠２２及び振子梁２３には、車体３を傾斜させる車体傾斜装置４が連結されている。
ここで、車体傾斜装置４について詳細に説明する。
車体傾斜装置４は、図３に示すように、線路の形状に基づいて振子傾斜角の目標値を決定する目標値演算装置５と、振子傾斜角の目標値に合わせて車体３を傾斜させるアクチュエータ６と、アクチュエータ６の動作を制御する制御装置７とを備えている。
【００２７】
目標値演算装置５は、所定時間経過後に鉄道車両１が走行するべき未走行区間の線路の形状をデータベース（図示せず）から取得し、振子傾斜角の目標値を事前に決定するようになっている。なお、このような目標値演算装置５としては、例えば特開昭６１−１０８０５３号公報などに開示されているものを用いることができる。
【００２８】
アクチュエータ６は、いわゆる電動油圧方式となっており、図４に示すように、高圧の作動油（液体）を収容するアキュムレータ６１と、伸縮により車体３を傾斜させる複動式の油圧シリンダ（液圧シリンダ）６２と、アキュムレータ６１及び油圧シリンダ６２の間で作動油を流通させる油圧回路（液圧回路）６３と、電動モータ６３ｇの動力によって動作する油圧ポンプ（液圧ポンプ）６３ｆ等とから一体に構成されている。
【００２９】
油圧シリンダ６２は、筒状のシリンダ本体６２ａを備えている。シリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃには、それぞれ作動油を導入することができるようになっている。シリンダ本体６２ａの一方の端部６２ｂは、図１に示すように、連結部材９を介して台車２に連結されている。シリンダ本体６２ａの内部には、作動油の導入によりシリンダ本体６２ａの内面に沿って摺動するピストン６２ｄが配設されている。ピストン６２ｄには、ロッド６２ｅの基端部が固定されている。ロッド６２ｅはシリンダ本体６２ａの軸方向に延在しており、ロッド６２ｅの先端部はシリンダ本体６２ａの他方の端部６２ｃから突出して振子梁２３と連結されている。
【００３０】
油圧回路６３は、図４に示すように、シリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃに作動油を導入可能な２本の導入管６３ａ，６３ａを備えている。
各導入管６３ａ，６３ａには、開閉自在な導入バルブ６３ｃが設けられている。この導入バルブ６３ｃは、閉じた状態となることによってシリンダ本体６２ａへの作動油の導入を防止するようになっている。
また、導入管６３ａ、６３ａ同士は流通管６３ｂによって接続されている。流通管６３ｂは、油圧ポンプ６３ｆを介さずにシリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間で直接的に作動油を流通させるようになっている。
流通管６３ｂには、開閉自在な流通バルブ（制御機構）６３ｄが設けられている。この流通バルブ６３ｄは、閉じた状態となることによってシリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間での直接的な作動油の流通を防止するようになっている。
また、流通管６３ｂの内部にはオリフィス（制御機構）６３ｅが設けられている。このオリフィス６３ｅは、流通バルブ６３ｄが開いた状態において流通管６３ｂ内の作動油の流量を調整可能となっている。
【００３１】
また、油圧回路６３には油圧ポンプ６３ｆが配設され、導入管６３ａ，６３ａを介して油圧シリンダ６２に作動油を圧送するようになっている。この油圧ポンプ６３ｆには、動力源として電動モータ（電動機）６３ｇが接続されている。
【００３２】
制御装置７は、目標値演算装置５とアクチュエータ６との間に接続されており、アクチュエータ６の各部の異常や鉄道車両１の走行速度を検知することができるようになっている。
また、制御装置７は、電動モータ６２ｆの回転方向及び回転速度を制御することによって油圧ポンプ６３ｆを動作させ、シリンダ本体６２ａ内のピストン６２ｄの位置を調整する、つまり油圧シリンダ６２の伸縮量を調整することができるようになっている。
また、制御装置７は、鉄道車両１が自然振子モード及び傾斜抑止モードの場合に導入バルブ６３ｃ，６３ｃを閉じた状態とすることにより、シリンダ本体６２ａへの作動油の導入を防止することができるようになっている。
また、制御装置７は、鉄道車両１が制御振子モード及び傾斜抑止モードの場合に流通バルブ６３ｄを閉じた状態とすることにより、シリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間での直接的な作動油の流通を防止することができるようになっている。
【００３３】
更に、制御装置７は、図５に示すように、油圧シリンダ６２の状態を表すパラメータ、具体的には油圧シリンダ６２に加わる反力の大きさと、油圧シリンダ６２の伸縮量とを検知し、これらの値を油圧シリンダ６２の動作にそれぞれフィードバックするようになっている。より詳細には、制御装置７は、油圧シリンダ６２に加わる反力に基づいてアクチュエータ６への制御入力を変更するとともに、油圧シリンダ６２の伸縮量に基づいて振子傾斜角の目標値と実際の振子傾斜角とのズレを補正するようになっている。また、制御装置７は、上記のフィードバックにおけるフィードバックゲインを、前記パラメータに基づいて変更するようになっている。
【００３４】
次に、鉄道車両１が制御振子モードとなるときの車体傾斜装置４の動作について説明する。
まず、制御装置７が、導入バルブ６３ｃを開いた状態とし、かつ流通バルブ６３ｄを閉じた状態とする。これにより、油圧ポンプ６３ｆからシリンダ本体６２ａに作動油を導入可能となり、かつシリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃ間での直接的な作動油の流通が防止される。
【００３５】
次に、未走行線路の形状に基づいて目標値演算装置５が振子傾斜角の目標値を決定する。
そして、振子傾斜角の目標値に合わせてアクチュエータ６が車体３の振子傾斜角を変更する。
具体的には、アクチュエータ６が車体３の振子傾斜角を大きくする場合には、まず、制御装置７が電動モータ６３ｇを介して油圧ポンプ６３ｆを動作させる。これにより、作動油がシリンダ本体６２ａの端部６２ｃから端部６２ｂに圧送され、ピストン６２ｄがシリンダ本体６２ａの端部６２ｃの側に移動する。そして、ピストン６２ｄの移動に追従してロッド６２ｅがシリンダ本体６２ａの端部６２ｃから突出し、振子梁２３と車体３とを台車枠２２に対して傾斜させる。このとき、シリンダ本体６２ａから突出したロッド６２ｅの体積分の作動油はアキュムレータ６１から補給される。ここで、油圧シリンダ６２は従来の空気圧シリンダよりも応答速度や周波数応答特性に優れているため、空気圧シリンダによって車体を傾斜させる従来の場合と比較して、振子傾斜角の制御性能は高められた状態となっている。
一方、アクチュエータ６が車体３の振子傾斜角を小さくする場合には、まず、制御装置７が電動モータ６３ｇを介して油圧ポンプ６３ｆを動作させる。これにより、作動油がシリンダ本体６２ａの端部６２ｂから端部６２ｃに圧送され、ピストン６２ｄがシリンダ本体６２ａの端部６２ｂの側に移動する。そして、ピストン６２ｄの移動に追従してロッド６２ｅがシリンダ本体６２ａに収納され、振子梁２３と車体３との傾斜角度を小さくする。このとき、シリンダ本体６２ａに収納されたロッド６２ｅの体積分の作動油はアキュムレータ６１に戻される。
【００３６】
また、上記のように車体３の振子傾斜角を変更する際に、制御装置７は、図５に示すように、前記パラメータに基づいてフィードバックゲインを変更した状態で、これらパラメータを油圧シリンダ６２の動作にフィードバックする。これにより、油圧シリンダ６２の伸縮量をそのままフィードバックに用いる場合と異なり、油圧シリンダ６２が動作する方向に反力が加えられる場合であっても、振子傾斜角が厳密に制御され、かつ車体傾斜装置４の動作が安定化されることとなる。
【００３７】
次に、鉄道車両１が自然振子モードとなるときの車体傾斜装置４の動作について説明する。なお、本実施の形態においては、アクチュエータ６や目標値演算装置５に異常が生じた場合に鉄道車両１が自然振子モードになるものとする。
まず、制御装置７がアクチュエータ６等の異常を検知すると、導入バルブ６３ｃを閉じた状態とし、かつ流通バルブ６３ｄを開いた状態とする。これにより、油圧ポンプ６３ｆからシリンダ本体６２ａへの作動油の導入が防止され、かつオリフィス６３ｅを介して両端部６２ｂ，６２ｃの間で直接的に作動油が流通可能となる。そのため、車体３が振動する場合には、シリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間で直接的に作動油が所定の流量で流通するため、車体３の振動が適切な減衰力で減衰されることとなる。なお、本実施の形態において適切な減衰力とは、従来の振子ダンパで発生する減衰力に相当する減衰力であり、例えば振子ダンパが３０［ｃｍ／ｓｅｃ］で振動している場合には６［ｋＮ］である。
【００３８】
次に、鉄道車両１が振子抑止モードとなるときの車体傾斜装置４の動作について説明する。なお、本実施の形態においては、走行速度が所定の速度よりも小さくなった場合に鉄道車両１が振子抑止モードになるものとする。
まず、制御装置７が鉄道車両１の走行速度を検知する。検知された走行速度が小さい場合、制御装置７は、導入バルブ６３ｃ及び流通バルブ６３ｄをそれぞれ閉じた状態とする。これにより、油圧ポンプ６３ｆからシリンダ本体６２ａへの作動油の導入が防止され、かつシリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃ間での直接的な作動油の流通が防止される。そのため、油圧シリンダ６２は動作しない状態となり、車体３は中立位置などに固定されることとなる。
【００３９】
以上のような鉄道車両１によれば、鉄道車両１が制御振子モードの場合には、油圧シリンダ６２を用いて車体３を傾斜させるので、空気圧シリンダを用いる従来の場合と比較して、応答速度や周波数応答特性などに関し、振子傾斜角を高い精度で制御することができる。また、流通バルブ６３ｄを閉じてシリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間での作動油の直接的な流通を防止することにより、シリンダ本体６２ａの各端部６２ｂ，６２ｃに導入される作動油の量を電動モータ６３ｇ及び油圧ポンプ６３ｆの動作によって制御することができるため、流通管６３ｂを設けたことによる振子傾斜角の制御性能の低下を防止することができる。従って、従来と異なり、線路の形状に関わらず、乗り心地が改善されるように車体３を傾斜させることができる。
【００４０】
また、車体３を傾斜させる際に油圧シリンダ６２に加わる反力の大きさと油圧シリンダ６２の伸縮量とを油圧シリンダ６２の動作にフィードバックするので、振子傾斜角を厳密に制御することができる。更に、油圧シリンダ６２に加わる反力の大きさと油圧シリンダ６２の伸縮量とに基づいてフィードバックゲインを変更するので、油圧シリンダ６２が動作する方向に反力が加えられる場合であっても、車体３傾斜装置の動作を安定化することができる。
【００４１】
また、鉄道車両１が自然振子モードの場合には、油圧シリンダ６２等と一体に設けられた流通管６３ｂ、流通バルブ６３ｄおよびオリフィス６３ｅを用いることにより、車体３の振動を適切な減衰力で減衰させることができる、つまり従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。従って、空気圧シリンダと振子ダンパとを別個に設ける従来の場合と比較して、車体傾斜装置４を小型化することができる。
【００４２】
また、鉄道車両１が振子抑止モードの場合には、油圧シリンダ６２等と一体に設けられた導入バルブを用いることにより、車体３を中立位置などに固定することができる。従って、空気圧シリンダと抑止シリンダとを別個に設ける従来の場合と比較して車体傾斜装置４を小型化することができる。
【００４３】
また、車体傾斜装置４は、油圧シリンダ６２、アキュムレータ６１、油圧回路６３、油圧ポンプ６３ｆ及び電動モータ６３ｇ等を一体に備えるので、各構成要素の接続部に作動油漏れやごみ混入等が生じにくい。また、電動モータ６３ｇを用いて作動油の流通方向や流量を制御するので、サーボバルブを用いる場合と比較してコンタミネーションに注意を払う必要が少ない。従って、メンテナンスにかけるべき手間を減らすことができる。
【００４４】
なお、上記第１の実施の形態においては、流通管６３ｂには流通バルブ６３ｄとオリフィス６３ｅとが設けられていることとして説明したが、流通バルブ６３ｄのみが設けられることとしても良いし、オリフィス６３ｅのみが設けられることとしても良い。このような場合であってもシリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間で直接的に作動油を所定の流量で流通させ、車体３の振動を適切な減衰力で減衰させることができる、つまり従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。
【００４５】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４６】
本第２の実施の形態における鉄道車両１Ａは、図６に示すように、車体傾斜装置４Ａの構成が車体傾斜装置４の構成と異なる点において上記第１の実施の形態の鉄道車両１と異なる。以下、この点について詳しく説明する。
【００４７】
車体傾斜装置４は、アクチュエータ６の代わりにアクチュエータ６Ａを備え、上記制御装置７の代わりに制御装置７Ａを備える点において上記車体傾斜装置４と異なっている。
【００４８】
アクチュエータ６Ａは、図７に示すように、上記油圧回路６３の代わりに油圧回路６３Ａを備える点と、外部抵抗回路（制御機構）６３ｈを備える点とにおいて上記アクチュエータ６と異なっている。
油圧回路６３Ａは、油圧ポンプ６３ｆを介さずにはシリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間で作動油を流通させることができないようになっている。
外部抵抗回路６３ｈは抵抗値可変であり、電動モータ６３ｇ及び制御装置７Ａと接続されている。
制御装置７Ａは、鉄道車両１が自然振子モードの場合には、外部抵抗回路６３ｈの抵抗値を増加させることにより電動モータ６３ｇによる動力を減衰させるようになっている。
【００４９】
次に、鉄道車両１Ａが制御振子モードとなるときの車体傾斜装置４Ａの動作について説明する。なお、以下の説明においては、車体３を傾斜させる場合における車体傾斜装置４Ａの動作について説明する。
まず、制御装置７Ａが、導入バルブ６３ｃを開いた状態とする。これにより、油圧ポンプ６３ｆからシリンダ本体６２ａに作動油を導入可能となる。以下、上記第１の実施の形態と同様に、目標値演算装置５が振子傾斜角の目標値を決定し、振子傾斜角の目標値に合わせてアクチュエータ６Ａが車体３を傾斜させる。
【００５０】
次に、鉄道車両１Ａが自然振子モードとなるときの車体傾斜装置４Ａの動作について説明する。
まず、制御装置７Ａがアクチュエータ６Ａ等の異常を検知すると、外部抵抗回路６３ｈの抵抗値を増加させることにより電動モータ６３ｇを用いて外力を減衰させる。これにより、シリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間では、油圧ポンプ６３ｆを介して作動油が所定の流量で流通することとなる。そのため、車体３が振動する場合には、車体３の振動が適切な減衰力で減衰されることとなる。
【００５１】
次に、鉄道車両１Ａが振子抑止モードとなるときの車体傾斜装置４Ａの動作について説明する。
まず、制御装置７Ａが鉄道車両１Ａの走行速度を検知する。検知された走行速度が小さい場合、制御装置７Ａは、導入バルブ６３ｃを閉じた状態とする。これにより、油圧ポンプ６３ｆからシリンダ本体６２ａへの作動油の導入が防止される。そのため、油圧シリンダ６２は動作しない状態となり、車体３は中立位置などに固定されることとなる。
【００５２】
以上のような鉄道車両１Ａによれば、電動モータ６３ｇには抵抗値可変な外部抵抗回路６３ｈが接続されているので、油圧シリンダ６２を動作させず車体３を自然振子状態とする場合に、外部抵抗回路６３ｈの抵抗値を変化させることによって、シリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間で作動油を所定の流量で流通させ、車体３の振動を適切な減衰力で減衰させることができる、つまり従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。
【００５３】
なお、上記第１及び第２の実施の形態においては、鉄道車両１は振子梁２３によって車体３を傾斜させる、いわゆる振子梁式の機構を備えるものとして説明したが、車体３を傾斜させることができる限りにおいて他の方式の機構を備えるものとしても良く、例えばリンク式やばね伸縮式の機構を備えるものとしても良い。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、線路の形状に関わらず、乗り心地が改善されるように車体を傾斜させることができる。また、メンテナンスにかけるべき手間を減らすことができる。更に、空気圧シリンダと振子ダンパとを別個に設ける従来の場合と比較して、車体傾斜装置を小型化することができる。
【００５５】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、油圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合には、所定の量だけ流通バルブを開くことによってシリンダ本体の両端部の間で直接的に作動油を所定の流量で流通させ、車体の振動を適切な減衰力で減衰させることができる、つまり従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。一方、油圧シリンダを動作させて車体を傾斜可能とする場合には、流通バルブを閉じてシリンダ本体の両端部の間での作動油の直接的な流通を防止することにより、シリンダ本体の各端部に導入される作動油の量を電動機及び液圧ポンプの動作によって制御することができる。従って、流通管を設けたことにより車体の傾斜角度の制御性能が低下することを、防止することができる。
【００５６】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、油圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合に、流通バルブを開いた状態とすることによって、オリフィスを介してシリンダ本体の両端部の間で作動油を所定の流量で流通させ、車体の振動を適切な減衰力で減衰させることができる。従って、流通バルブの調整を厳密に行う必要がないため、容易に従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。
【００５７】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、油圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合に、車体の振動をより適切な減衰力で減衰させることができる。
【００５８】
請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、油圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合に、外部抵抗回路の抵抗値を変化させることによってシリンダ本体の両端部の間で作動油を所定の流量で流通させ、車体の振動を適切な減衰力で減衰させることができる、つまり従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。
【００５９】
請求項６記載の発明によれば、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、導入バルブを閉じることによって油圧シリンダの動作を抑え、車体を中立位置などに固定することができる。このように、油圧シリンダ等と一体に設けられた導入バルブを用いることにより従来の抑止シリンダと同様の機能を得ることができるため、空気圧シリンダと抑止シリンダとを別個に設ける従来の場合と比較して車体傾斜装置を小型化することができる。
【００６０】
請求項７記載の発明によれば、請求項１〜６の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、車体を傾斜させる際に油圧シリンダに加わる反力の大きさと油圧シリンダの伸縮量との少なくとも一方が油圧シリンダの動作にフィードバックされるので、車体の傾斜角度を厳密に制御することができる。
【００６１】
請求項８記載の発明によれば、請求項７記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、油圧シリンダが動作する方向に反力が加えられる場合であっても、車体傾斜装置の動作を安定化することができる。
【００６２】
請求項９記載の発明によれば、請求項１〜８の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉄道車両を示す断面図である。
【図２】車体が傾斜した状態を示す断面図である。
【図３】車体傾斜装置の構成を示すブロック図である。
【図４】アクチュエータの構成を示す概略図である。
【図５】制御装置によるフィードバックを説明するための図である。
【図６】第２の実施の形態における車体傾斜装置を示すブロック図である。
【図７】第２の実施の形態におけるアクチュエータの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 鉄道車両
３ 車体
７ 制御装置
６１ アキュムレータ
６２ 油圧シリンダ
６２ａ シリンダ本体
６２ｂ，６２ｃ シリンダ本体の両端部
６３ 油圧回路
６３ａ 導入管
６３ｂ 流通管
６３ｃ 導入バルブ
６３ｄ 流通バルブ（制御機構）
６３ｅ オリフィス（制御機構）
６３ｆ 油圧ポンプ
６３ｇ 電動モータ（電動機）
６３ｈ 外部抵抗回路（制御機構）
【発明の属する技術分野】
本発明は、車体を傾斜させる車体傾斜装置と、この車体傾斜装置を備える鉄道車両とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、振子式の鉄道車両は線路の曲線部を走行する際に車体を曲線部の内側に傾斜させるようになっており、このような車体の傾斜方式としては自然振子方式と制御付き振子方式とが知られている。自然振子方式は遠心力によって車体を自然に振れさせるものであり、制御付き振子方式は走行速度や線路形状に応じて車体の傾斜角度を制御するものである。これらの方式のうち、制御付き振子方式を適用した鉄道車両においては、車体傾斜装置として、車体を傾斜させる空気圧シリンダと、車体が自然振子状態となった場合に車体の振動を減衰させる振子ダンパと、低速走行時などに車体を中立位置に固定する抑止シリンダ等とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１２９４７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の車体傾斜装置においては、圧縮性の大きい空気を圧力伝達媒体とする空気圧シリンダによって車体を傾斜させるので、応答速度や周波数応答特性などに関して所望の制御性能を得ることができない。従って、いわゆるＣＡモード制御などの特殊な制御手法を用いた場合であっても、線路の形状によっては乗り心地が悪化する場合が生じている。また、車体を傾斜させる空気圧シリンダと、車体の振動を減衰させる振子ダンパと、車体の傾斜を抑える抑止シリンダとを別個に備えるため、車体傾斜装置の体積が嵩んでいる。
なお、上記空気圧シリンダに代えて、作動油などの液体を圧力伝達媒体とする液圧シリンダを用いる場合には、制御性能は改善されるものの、サーボバルブ等の構成要素と液圧回路との接続部に液体漏れやごみ混入（コンタミネーション）等が生じないようメンテナンスに手間をかける必要が生じることとなる。
【０００５】
本発明の課題は、従来と比較して車体の傾斜角度の制御性能が高く、メンテナンス性に優れた小型の車体傾斜装置と、この車体傾斜装置を備える鉄道車両とを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、鉄道車両における車体傾斜装置であって、
両端部に液体を導入可能なシリンダ本体を有し、伸縮によって車体を傾斜させる複動式の液圧シリンダと、
高圧の液体を収容するアキュムレータと、
前記液圧シリンダと前記アキュムレータとの間で液体を流通させる液圧回路と、
前記液圧回路を介して前記液圧シリンダに液体を圧送する液圧ポンプと、
前記液圧ポンプを動作させる電動機と、
前記シリンダ本体の前記両端部の間で液体を所定の流量で流通させる制御機構とを一体に備えることを特徴とする。
【０００７】
ここで、液圧シリンダの圧力伝達媒体である液体は、空気圧シリンダの圧力伝達媒体である空気よりも圧縮性が小さいため、応答速度や周波数応答特性に優れた性質を有している。このような液体としては、一般に用いられる作動油の他、水とグリコールとの混合液などがある。
請求項１記載の発明によれば、液圧シリンダによって車体を傾斜させるので、空気圧シリンダを用いる従来の場合と比較して応答速度や周波数応答特性など、車体の傾斜角度の制御性能を高めることができる。従って、線路の形状に関わらず、乗り心地が改善されるように車体を傾斜させることができる。
また、液圧シリンダ、アキュムレータ、液圧回路、液圧ポンプ、電動機及び制御機構を一体に備えるので、各構成要素の接続部に液体漏れやごみ混入（コンタミネーション）等が生じにくい。また、電動機を用いて液体の流通方向や流量を制御するので、サーボバルブを用いる場合と比較してコンタミネーションに注意を払う必要が少ない。従って、メンテナンスにかけるべき手間を減らすことができる。
また、制御機構はシリンダ本体の両端部の間で液体を所定の流量で流通させるので、液圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合に、シリンダ本体の両端部の間で液体を流通させ、車体の振動を減衰させることができる。このように、液圧シリンダ等と一体に設けられた制御機構を用いることにより従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができるため、空気圧シリンダと振子ダンパとを別個に設ける従来の場合と比較して、車体傾斜装置を小型化することができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の車体傾斜装置において、
前記液圧回路は、前記シリンダ本体の前記両端部の間で直接的に液体を流通させる流通管を備え、
前記制御機構は、前記流通管に設けられた開閉自在な流通バルブを備えることを特徴とする。
【０００９】
ここで、シリンダ本体の両端部の間で直接的に液体を流通させるとは、液圧ポンプを介さずにシリンダ本体の両端部の間で液体を流通させることを意味する。請求項２記載の発明によれば、シリンダ本体の両端部の間で直接的に液体を流通させる流通管には開閉自在な流通バルブが設けられているので、液圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合には、所定の量だけ流通バルブを開くことによってシリンダ本体の両端部の間で直接的に液体を所定の流量で流通させ、車体の振動を適切な減衰力で減衰させることができる、つまり従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。
一方、液圧シリンダを動作させて車体を傾斜可能とする場合には、流通バルブを閉じてシリンダ本体の両端部の間での液体の直接的な流通を防止することにより、シリンダ本体の各端部に導入される液体の量を電動機及び液圧ポンプの動作によって制御することができる。従って、流通管を設けたことにより車体の傾斜角度の制御性能が低下することを、防止することができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の車体傾斜装置において、
前記制御機構は、前記流通管に設けられたオリフィスを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、流通管にはオリフィスが設けられているので、液圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合に、流通バルブを開いた状態とすることによって、オリフィスを介してシリンダ本体の両端部の間で液体を所定の流量で流通させ、車体の振動を適切な減衰力で減衰させることができる。従って、流通バルブの調整を厳密に行う必要がないため、容易に従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の車体傾斜装置において、
前記オリフィスは、前記流通管内を流通する液体の流量を調整可能であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、流通管内を流通する液体の流量をオリフィスによって調整することができるので、液圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合に、車体の振動をより適切な減衰力で減衰させることができる。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の車体傾斜装置において、
前記制御機構は、前記電動機に接続される外部抵抗回路であり、
この外部抵抗回路は、抵抗値可変であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、電動機には抵抗値可変な外部抵抗回路が接続されているので、液圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合に、外部抵抗回路の抵抗値を変化させることによってシリンダ本体の両端部の間で液体を所定の流量で流通させ、車体の振動を適切な減衰力で減衰させることができる、つまり従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の車体傾斜装置において、
前記液圧回路は、前記シリンダ本体の前記両端部に液体を導入可能な２本の導入管を備え、
各導入管には、開閉自在な導入バルブが設けられていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明によれば、液圧回路はシリンダ本体の両端部に液体を導入可能な２本の導入管を備え、各導入管には開閉自在な導入バルブが設けられているので、導入バルブを閉じることによって液圧シリンダの動作を抑え、車体を中立位置などに固定することができる。このように、液圧シリンダ等と一体に設けられた導入バルブを用いることにより従来の抑止シリンダと同様の機能を得ることができるため、空気圧シリンダと抑止シリンダとを別個に設ける従来の場合と比較して車体傾斜装置を小型化することができる。
【００１８】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載の車体傾斜装置において、
前記液圧シリンダの動作を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記液圧シリンダに加わる反力の大きさと前記液圧シリンダの伸縮量との少なくとも一方を前記液圧シリンダの動作にフィードバックすることを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明によれば、車体を傾斜させる際に液圧シリンダに加わる反力の大きさと液圧シリンダの伸縮量との少なくとも一方が液圧シリンダの動作にフィードバックされるので、車体の傾斜角度を厳密に制御することができる。
【００２０】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の車体傾斜装置において、
前記制御装置は、前記液圧シリンダに加わる反力の大きさと前記液圧シリンダの伸縮量との少なくとも一方に基づいてフィードバックゲインを変更することを特徴とする。
【００２１】
ここで、液圧シリンダが動作する方向に反力が加えられる場合には、液圧シリンダの伸縮量をそのままフィードバックに用いても車体傾斜装置の動作を安定化し難いが、液圧シリンダの状態を表すパラメータに基づきフィードバックゲインを変更した状態で前記パラメータをフィードバックに用いると、車体傾斜装置の動作を安定化することができる。このようなパラメータとしては、液圧シリンダの伸縮量の他、液圧シリンダに加わる反力の大きさを挙げることができる。
【００２２】
請求項８記載の発明によれば、液圧シリンダに加わる反力の大きさと液圧シリンダの伸縮量との少なくとも一方に基づいてフィードバックゲインが変更されるので、液圧シリンダが動作する方向に反力が加えられる場合であっても、車体傾斜装置の動作を安定化することができる。
【００２３】
請求項９記載の発明は、鉄道車両であって、請求項１〜８の何れか一項に記載の車体傾斜装置を備えることを特徴とする。
請求項９記載の発明によれば、請求項１〜８の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した振子式の鉄道車両について、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態における振子式の鉄道車両は、制御下で車体を傾斜させる制御振子モードと、遠心力のみによって車体を傾斜させる自然振子モードと、車体の傾斜角度、つまり振子傾斜角の変化を抑止する振子抑止モードとの３つの態様をとりつつ線路上を走行するものである。
＜第１の実施の形態＞
図１は鉄道車両１を示す縦断面図である。
この図に示すように、振子式の鉄道車両１には、線路上を走行するとともに車体３を支持する台車２が配設されている。
【００２５】
台車２には複数の車輪２０，…が配設されている。車輪２０同士は車軸２１によって連結されており、車軸２１の上部には軸ばね２６，２６が配設されている。これら軸ばね２６，２６は、車軸２１の振動を緩和した状態で台車枠２２を支持している。
台車枠２２の上部には振子装置２４，２４が配設され、これら振子装置２４，２４の上部には、車体３を支持した略半円柱状の振子梁２３が載置されている。なお、本実施の形態においては、振子装置２４，２４として、左右１対のローラが用いられている。
振子梁２３は、曲面部を下方に向けて配置されており、図２に示すように、振子装置２４，２４上を揺動することによって車体３を傾斜させることができるようになっている。振子梁２３と車体３との間にはまくらばね２７，２７が介在し、振子梁２３の振動を緩和している。
【００２６】
台車枠２２及び振子梁２３には、車体３を傾斜させる車体傾斜装置４が連結されている。
ここで、車体傾斜装置４について詳細に説明する。
車体傾斜装置４は、図３に示すように、線路の形状に基づいて振子傾斜角の目標値を決定する目標値演算装置５と、振子傾斜角の目標値に合わせて車体３を傾斜させるアクチュエータ６と、アクチュエータ６の動作を制御する制御装置７とを備えている。
【００２７】
目標値演算装置５は、所定時間経過後に鉄道車両１が走行するべき未走行区間の線路の形状をデータベース（図示せず）から取得し、振子傾斜角の目標値を事前に決定するようになっている。なお、このような目標値演算装置５としては、例えば特開昭６１−１０８０５３号公報などに開示されているものを用いることができる。
【００２８】
アクチュエータ６は、いわゆる電動油圧方式となっており、図４に示すように、高圧の作動油（液体）を収容するアキュムレータ６１と、伸縮により車体３を傾斜させる複動式の油圧シリンダ（液圧シリンダ）６２と、アキュムレータ６１及び油圧シリンダ６２の間で作動油を流通させる油圧回路（液圧回路）６３と、電動モータ６３ｇの動力によって動作する油圧ポンプ（液圧ポンプ）６３ｆ等とから一体に構成されている。
【００２９】
油圧シリンダ６２は、筒状のシリンダ本体６２ａを備えている。シリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃには、それぞれ作動油を導入することができるようになっている。シリンダ本体６２ａの一方の端部６２ｂは、図１に示すように、連結部材９を介して台車２に連結されている。シリンダ本体６２ａの内部には、作動油の導入によりシリンダ本体６２ａの内面に沿って摺動するピストン６２ｄが配設されている。ピストン６２ｄには、ロッド６２ｅの基端部が固定されている。ロッド６２ｅはシリンダ本体６２ａの軸方向に延在しており、ロッド６２ｅの先端部はシリンダ本体６２ａの他方の端部６２ｃから突出して振子梁２３と連結されている。
【００３０】
油圧回路６３は、図４に示すように、シリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃに作動油を導入可能な２本の導入管６３ａ，６３ａを備えている。
各導入管６３ａ，６３ａには、開閉自在な導入バルブ６３ｃが設けられている。この導入バルブ６３ｃは、閉じた状態となることによってシリンダ本体６２ａへの作動油の導入を防止するようになっている。
また、導入管６３ａ、６３ａ同士は流通管６３ｂによって接続されている。流通管６３ｂは、油圧ポンプ６３ｆを介さずにシリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間で直接的に作動油を流通させるようになっている。
流通管６３ｂには、開閉自在な流通バルブ（制御機構）６３ｄが設けられている。この流通バルブ６３ｄは、閉じた状態となることによってシリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間での直接的な作動油の流通を防止するようになっている。
また、流通管６３ｂの内部にはオリフィス（制御機構）６３ｅが設けられている。このオリフィス６３ｅは、流通バルブ６３ｄが開いた状態において流通管６３ｂ内の作動油の流量を調整可能となっている。
【００３１】
また、油圧回路６３には油圧ポンプ６３ｆが配設され、導入管６３ａ，６３ａを介して油圧シリンダ６２に作動油を圧送するようになっている。この油圧ポンプ６３ｆには、動力源として電動モータ（電動機）６３ｇが接続されている。
【００３２】
制御装置７は、目標値演算装置５とアクチュエータ６との間に接続されており、アクチュエータ６の各部の異常や鉄道車両１の走行速度を検知することができるようになっている。
また、制御装置７は、電動モータ６２ｆの回転方向及び回転速度を制御することによって油圧ポンプ６３ｆを動作させ、シリンダ本体６２ａ内のピストン６２ｄの位置を調整する、つまり油圧シリンダ６２の伸縮量を調整することができるようになっている。
また、制御装置７は、鉄道車両１が自然振子モード及び傾斜抑止モードの場合に導入バルブ６３ｃ，６３ｃを閉じた状態とすることにより、シリンダ本体６２ａへの作動油の導入を防止することができるようになっている。
また、制御装置７は、鉄道車両１が制御振子モード及び傾斜抑止モードの場合に流通バルブ６３ｄを閉じた状態とすることにより、シリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間での直接的な作動油の流通を防止することができるようになっている。
【００３３】
更に、制御装置７は、図５に示すように、油圧シリンダ６２の状態を表すパラメータ、具体的には油圧シリンダ６２に加わる反力の大きさと、油圧シリンダ６２の伸縮量とを検知し、これらの値を油圧シリンダ６２の動作にそれぞれフィードバックするようになっている。より詳細には、制御装置７は、油圧シリンダ６２に加わる反力に基づいてアクチュエータ６への制御入力を変更するとともに、油圧シリンダ６２の伸縮量に基づいて振子傾斜角の目標値と実際の振子傾斜角とのズレを補正するようになっている。また、制御装置７は、上記のフィードバックにおけるフィードバックゲインを、前記パラメータに基づいて変更するようになっている。
【００３４】
次に、鉄道車両１が制御振子モードとなるときの車体傾斜装置４の動作について説明する。
まず、制御装置７が、導入バルブ６３ｃを開いた状態とし、かつ流通バルブ６３ｄを閉じた状態とする。これにより、油圧ポンプ６３ｆからシリンダ本体６２ａに作動油を導入可能となり、かつシリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃ間での直接的な作動油の流通が防止される。
【００３５】
次に、未走行線路の形状に基づいて目標値演算装置５が振子傾斜角の目標値を決定する。
そして、振子傾斜角の目標値に合わせてアクチュエータ６が車体３の振子傾斜角を変更する。
具体的には、アクチュエータ６が車体３の振子傾斜角を大きくする場合には、まず、制御装置７が電動モータ６３ｇを介して油圧ポンプ６３ｆを動作させる。これにより、作動油がシリンダ本体６２ａの端部６２ｃから端部６２ｂに圧送され、ピストン６２ｄがシリンダ本体６２ａの端部６２ｃの側に移動する。そして、ピストン６２ｄの移動に追従してロッド６２ｅがシリンダ本体６２ａの端部６２ｃから突出し、振子梁２３と車体３とを台車枠２２に対して傾斜させる。このとき、シリンダ本体６２ａから突出したロッド６２ｅの体積分の作動油はアキュムレータ６１から補給される。ここで、油圧シリンダ６２は従来の空気圧シリンダよりも応答速度や周波数応答特性に優れているため、空気圧シリンダによって車体を傾斜させる従来の場合と比較して、振子傾斜角の制御性能は高められた状態となっている。
一方、アクチュエータ６が車体３の振子傾斜角を小さくする場合には、まず、制御装置７が電動モータ６３ｇを介して油圧ポンプ６３ｆを動作させる。これにより、作動油がシリンダ本体６２ａの端部６２ｂから端部６２ｃに圧送され、ピストン６２ｄがシリンダ本体６２ａの端部６２ｂの側に移動する。そして、ピストン６２ｄの移動に追従してロッド６２ｅがシリンダ本体６２ａに収納され、振子梁２３と車体３との傾斜角度を小さくする。このとき、シリンダ本体６２ａに収納されたロッド６２ｅの体積分の作動油はアキュムレータ６１に戻される。
【００３６】
また、上記のように車体３の振子傾斜角を変更する際に、制御装置７は、図５に示すように、前記パラメータに基づいてフィードバックゲインを変更した状態で、これらパラメータを油圧シリンダ６２の動作にフィードバックする。これにより、油圧シリンダ６２の伸縮量をそのままフィードバックに用いる場合と異なり、油圧シリンダ６２が動作する方向に反力が加えられる場合であっても、振子傾斜角が厳密に制御され、かつ車体傾斜装置４の動作が安定化されることとなる。
【００３７】
次に、鉄道車両１が自然振子モードとなるときの車体傾斜装置４の動作について説明する。なお、本実施の形態においては、アクチュエータ６や目標値演算装置５に異常が生じた場合に鉄道車両１が自然振子モードになるものとする。
まず、制御装置７がアクチュエータ６等の異常を検知すると、導入バルブ６３ｃを閉じた状態とし、かつ流通バルブ６３ｄを開いた状態とする。これにより、油圧ポンプ６３ｆからシリンダ本体６２ａへの作動油の導入が防止され、かつオリフィス６３ｅを介して両端部６２ｂ，６２ｃの間で直接的に作動油が流通可能となる。そのため、車体３が振動する場合には、シリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間で直接的に作動油が所定の流量で流通するため、車体３の振動が適切な減衰力で減衰されることとなる。なお、本実施の形態において適切な減衰力とは、従来の振子ダンパで発生する減衰力に相当する減衰力であり、例えば振子ダンパが３０［ｃｍ／ｓｅｃ］で振動している場合には６［ｋＮ］である。
【００３８】
次に、鉄道車両１が振子抑止モードとなるときの車体傾斜装置４の動作について説明する。なお、本実施の形態においては、走行速度が所定の速度よりも小さくなった場合に鉄道車両１が振子抑止モードになるものとする。
まず、制御装置７が鉄道車両１の走行速度を検知する。検知された走行速度が小さい場合、制御装置７は、導入バルブ６３ｃ及び流通バルブ６３ｄをそれぞれ閉じた状態とする。これにより、油圧ポンプ６３ｆからシリンダ本体６２ａへの作動油の導入が防止され、かつシリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃ間での直接的な作動油の流通が防止される。そのため、油圧シリンダ６２は動作しない状態となり、車体３は中立位置などに固定されることとなる。
【００３９】
以上のような鉄道車両１によれば、鉄道車両１が制御振子モードの場合には、油圧シリンダ６２を用いて車体３を傾斜させるので、空気圧シリンダを用いる従来の場合と比較して、応答速度や周波数応答特性などに関し、振子傾斜角を高い精度で制御することができる。また、流通バルブ６３ｄを閉じてシリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間での作動油の直接的な流通を防止することにより、シリンダ本体６２ａの各端部６２ｂ，６２ｃに導入される作動油の量を電動モータ６３ｇ及び油圧ポンプ６３ｆの動作によって制御することができるため、流通管６３ｂを設けたことによる振子傾斜角の制御性能の低下を防止することができる。従って、従来と異なり、線路の形状に関わらず、乗り心地が改善されるように車体３を傾斜させることができる。
【００４０】
また、車体３を傾斜させる際に油圧シリンダ６２に加わる反力の大きさと油圧シリンダ６２の伸縮量とを油圧シリンダ６２の動作にフィードバックするので、振子傾斜角を厳密に制御することができる。更に、油圧シリンダ６２に加わる反力の大きさと油圧シリンダ６２の伸縮量とに基づいてフィードバックゲインを変更するので、油圧シリンダ６２が動作する方向に反力が加えられる場合であっても、車体３傾斜装置の動作を安定化することができる。
【００４１】
また、鉄道車両１が自然振子モードの場合には、油圧シリンダ６２等と一体に設けられた流通管６３ｂ、流通バルブ６３ｄおよびオリフィス６３ｅを用いることにより、車体３の振動を適切な減衰力で減衰させることができる、つまり従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。従って、空気圧シリンダと振子ダンパとを別個に設ける従来の場合と比較して、車体傾斜装置４を小型化することができる。
【００４２】
また、鉄道車両１が振子抑止モードの場合には、油圧シリンダ６２等と一体に設けられた導入バルブを用いることにより、車体３を中立位置などに固定することができる。従って、空気圧シリンダと抑止シリンダとを別個に設ける従来の場合と比較して車体傾斜装置４を小型化することができる。
【００４３】
また、車体傾斜装置４は、油圧シリンダ６２、アキュムレータ６１、油圧回路６３、油圧ポンプ６３ｆ及び電動モータ６３ｇ等を一体に備えるので、各構成要素の接続部に作動油漏れやごみ混入等が生じにくい。また、電動モータ６３ｇを用いて作動油の流通方向や流量を制御するので、サーボバルブを用いる場合と比較してコンタミネーションに注意を払う必要が少ない。従って、メンテナンスにかけるべき手間を減らすことができる。
【００４４】
なお、上記第１の実施の形態においては、流通管６３ｂには流通バルブ６３ｄとオリフィス６３ｅとが設けられていることとして説明したが、流通バルブ６３ｄのみが設けられることとしても良いし、オリフィス６３ｅのみが設けられることとしても良い。このような場合であってもシリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間で直接的に作動油を所定の流量で流通させ、車体３の振動を適切な減衰力で減衰させることができる、つまり従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。
【００４５】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４６】
本第２の実施の形態における鉄道車両１Ａは、図６に示すように、車体傾斜装置４Ａの構成が車体傾斜装置４の構成と異なる点において上記第１の実施の形態の鉄道車両１と異なる。以下、この点について詳しく説明する。
【００４７】
車体傾斜装置４は、アクチュエータ６の代わりにアクチュエータ６Ａを備え、上記制御装置７の代わりに制御装置７Ａを備える点において上記車体傾斜装置４と異なっている。
【００４８】
アクチュエータ６Ａは、図７に示すように、上記油圧回路６３の代わりに油圧回路６３Ａを備える点と、外部抵抗回路（制御機構）６３ｈを備える点とにおいて上記アクチュエータ６と異なっている。
油圧回路６３Ａは、油圧ポンプ６３ｆを介さずにはシリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間で作動油を流通させることができないようになっている。
外部抵抗回路６３ｈは抵抗値可変であり、電動モータ６３ｇ及び制御装置７Ａと接続されている。
制御装置７Ａは、鉄道車両１が自然振子モードの場合には、外部抵抗回路６３ｈの抵抗値を増加させることにより電動モータ６３ｇによる動力を減衰させるようになっている。
【００４９】
次に、鉄道車両１Ａが制御振子モードとなるときの車体傾斜装置４Ａの動作について説明する。なお、以下の説明においては、車体３を傾斜させる場合における車体傾斜装置４Ａの動作について説明する。
まず、制御装置７Ａが、導入バルブ６３ｃを開いた状態とする。これにより、油圧ポンプ６３ｆからシリンダ本体６２ａに作動油を導入可能となる。以下、上記第１の実施の形態と同様に、目標値演算装置５が振子傾斜角の目標値を決定し、振子傾斜角の目標値に合わせてアクチュエータ６Ａが車体３を傾斜させる。
【００５０】
次に、鉄道車両１Ａが自然振子モードとなるときの車体傾斜装置４Ａの動作について説明する。
まず、制御装置７Ａがアクチュエータ６Ａ等の異常を検知すると、外部抵抗回路６３ｈの抵抗値を増加させることにより電動モータ６３ｇを用いて外力を減衰させる。これにより、シリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間では、油圧ポンプ６３ｆを介して作動油が所定の流量で流通することとなる。そのため、車体３が振動する場合には、車体３の振動が適切な減衰力で減衰されることとなる。
【００５１】
次に、鉄道車両１Ａが振子抑止モードとなるときの車体傾斜装置４Ａの動作について説明する。
まず、制御装置７Ａが鉄道車両１Ａの走行速度を検知する。検知された走行速度が小さい場合、制御装置７Ａは、導入バルブ６３ｃを閉じた状態とする。これにより、油圧ポンプ６３ｆからシリンダ本体６２ａへの作動油の導入が防止される。そのため、油圧シリンダ６２は動作しない状態となり、車体３は中立位置などに固定されることとなる。
【００５２】
以上のような鉄道車両１Ａによれば、電動モータ６３ｇには抵抗値可変な外部抵抗回路６３ｈが接続されているので、油圧シリンダ６２を動作させず車体３を自然振子状態とする場合に、外部抵抗回路６３ｈの抵抗値を変化させることによって、シリンダ本体６２ａの両端部６２ｂ，６２ｃの間で作動油を所定の流量で流通させ、車体３の振動を適切な減衰力で減衰させることができる、つまり従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。
【００５３】
なお、上記第１及び第２の実施の形態においては、鉄道車両１は振子梁２３によって車体３を傾斜させる、いわゆる振子梁式の機構を備えるものとして説明したが、車体３を傾斜させることができる限りにおいて他の方式の機構を備えるものとしても良く、例えばリンク式やばね伸縮式の機構を備えるものとしても良い。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、線路の形状に関わらず、乗り心地が改善されるように車体を傾斜させることができる。また、メンテナンスにかけるべき手間を減らすことができる。更に、空気圧シリンダと振子ダンパとを別個に設ける従来の場合と比較して、車体傾斜装置を小型化することができる。
【００５５】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、油圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合には、所定の量だけ流通バルブを開くことによってシリンダ本体の両端部の間で直接的に作動油を所定の流量で流通させ、車体の振動を適切な減衰力で減衰させることができる、つまり従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。一方、油圧シリンダを動作させて車体を傾斜可能とする場合には、流通バルブを閉じてシリンダ本体の両端部の間での作動油の直接的な流通を防止することにより、シリンダ本体の各端部に導入される作動油の量を電動機及び液圧ポンプの動作によって制御することができる。従って、流通管を設けたことにより車体の傾斜角度の制御性能が低下することを、防止することができる。
【００５６】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、油圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合に、流通バルブを開いた状態とすることによって、オリフィスを介してシリンダ本体の両端部の間で作動油を所定の流量で流通させ、車体の振動を適切な減衰力で減衰させることができる。従って、流通バルブの調整を厳密に行う必要がないため、容易に従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。
【００５７】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、油圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合に、車体の振動をより適切な減衰力で減衰させることができる。
【００５８】
請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、油圧シリンダを動作させず車体を自然振子状態とする場合に、外部抵抗回路の抵抗値を変化させることによってシリンダ本体の両端部の間で作動油を所定の流量で流通させ、車体の振動を適切な減衰力で減衰させることができる、つまり従来の振子ダンパと同様の機能を得ることができる。
【００５９】
請求項６記載の発明によれば、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、導入バルブを閉じることによって油圧シリンダの動作を抑え、車体を中立位置などに固定することができる。このように、油圧シリンダ等と一体に設けられた導入バルブを用いることにより従来の抑止シリンダと同様の機能を得ることができるため、空気圧シリンダと抑止シリンダとを別個に設ける従来の場合と比較して車体傾斜装置を小型化することができる。
【００６０】
請求項７記載の発明によれば、請求項１〜６の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、車体を傾斜させる際に油圧シリンダに加わる反力の大きさと油圧シリンダの伸縮量との少なくとも一方が油圧シリンダの動作にフィードバックされるので、車体の傾斜角度を厳密に制御することができる。
【００６１】
請求項８記載の発明によれば、請求項７記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、油圧シリンダが動作する方向に反力が加えられる場合であっても、車体傾斜装置の動作を安定化することができる。
【００６２】
請求項９記載の発明によれば、請求項１〜８の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉄道車両を示す断面図である。
【図２】車体が傾斜した状態を示す断面図である。
【図３】車体傾斜装置の構成を示すブロック図である。
【図４】アクチュエータの構成を示す概略図である。
【図５】制御装置によるフィードバックを説明するための図である。
【図６】第２の実施の形態における車体傾斜装置を示すブロック図である。
【図７】第２の実施の形態におけるアクチュエータの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 鉄道車両
３ 車体
７ 制御装置
６１ アキュムレータ
６２ 油圧シリンダ
６２ａ シリンダ本体
６２ｂ，６２ｃ シリンダ本体の両端部
６３ 油圧回路
６３ａ 導入管
６３ｂ 流通管
６３ｃ 導入バルブ
６３ｄ 流通バルブ（制御機構）
６３ｅ オリフィス（制御機構）
６３ｆ 油圧ポンプ
６３ｇ 電動モータ（電動機）
６３ｈ 外部抵抗回路（制御機構）
Claims (9)
- 鉄道車両における車体傾斜装置であって、
両端部に液体を導入可能なシリンダ本体を有し、伸縮によって車体を傾斜させる複動式の液圧シリンダと、
高圧の液体を収容するアキュムレータと、
前記液圧シリンダと前記アキュムレータとの間で液体を流通させる液圧回路と、
前記液圧回路を介して前記液圧シリンダに液体を圧送する液圧ポンプと、
前記液圧ポンプを動作させる電動機と、
前記シリンダ本体の前記両端部の間で液体を所定の流量で流通させる制御機構とを一体に備えることを特徴とする車体傾斜装置。 - 請求項１記載の車体傾斜装置において、
前記液圧回路は、前記シリンダ本体の前記両端部の間で直接的に液体を流通させる流通管を備え、
前記制御機構は、前記流通管に設けられた開閉自在な流通バルブを備えることを特徴とする車体傾斜装置。 - 請求項２記載の車体傾斜装置において、
前記制御機構は、前記流通管に設けられたオリフィスを備えることを特徴とする車体傾斜装置。 - 請求項３記載の車体傾斜装置において、
前記オリフィスは、前記流通管内を流通する液体の流量を調整可能であることを特徴とする車体傾斜装置。 - 請求項１記載の車体傾斜装置において、
前記制御機構は、前記電動機に接続される外部抵抗回路であり、
この外部抵抗回路は、抵抗値可変であることを特徴とする車体傾斜装置。 - 請求項１〜５の何れか一項に記載の車体傾斜装置において、
前記液圧回路は、前記シリンダ本体の前記両端部に液体を導入可能な２本の導入管を備え、
各導入管には、開閉自在な導入バルブが設けられていることを特徴とする車体傾斜装置。 - 請求項１〜６の何れか一項に記載の車体傾斜装置において、
前記液圧シリンダの動作を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記液圧シリンダに加わる反力の大きさと前記液圧シリンダの伸縮量との少なくとも一方を前記液圧シリンダの動作にフィードバックすることを特徴とする車体傾斜装置。 - 請求項７記載の車体傾斜装置において、
前記制御装置は、前記液圧シリンダに加わる反力の大きさと前記液圧シリンダの伸縮量との少なくとも一方に基づいてフィードバックゲインを変更することを特徴とする車体傾斜装置。 - 請求項１〜８の何れか一項に記載の車体傾斜装置を備えることを特徴とする鉄道車両。
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-
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